中國粉體網(wǎng)訊 2月4日，隨著開幕式在北京國家體育場成功舉行，第二十四屆冬季奧林匹克運動會正式拉開帷幕，除了好看的開幕式和一場場精彩的競技賽事以外，很多新材料的出現(xiàn)也是本屆冬奧會的一大亮點。今天我們看看哪些新材料亮相本屆冬奧會，它們發(fā)揮了怎樣的作用。
精彩的開幕式，圖片來源：新華社
碳材料
在歷史的發(fā)展中傳統(tǒng)的碳材料包括：木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨電極、炭刷、炭棒、鉛筆等。而隨著社會的發(fā)展人們不斷地對碳元素的研究又發(fā)明了許多新型炭材料：新型納米材料、碳基復(fù)合材料、碳纖維、柔性石墨、儲能型碳材料、金剛石等。沒有任何元素能像碳這樣作為單一元素可形成如此多類結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同的物質(zhì)，可以說碳材料幾乎包括了地球上所有物質(zhì)所具有的性質(zhì)，如最硬－最軟、絕緣體－半導(dǎo)體－超導(dǎo)體、絕熱－良導(dǎo)熱、吸光－全透光等。
在本屆冬奧會上，碳材料以不同的角色出現(xiàn)在賽場內(nèi)外，可謂是大放異彩。
石墨烯——保暖禮服
石墨烯厚度只有0.3354 nm，是目前世界上發(fā)現(xiàn)最薄的材料。石墨烯因其獨特的電學(xué)性能、力學(xué)性能、光學(xué)性能、熱性能和高比表面積，近年來受到化學(xué)、物理、材料、能源環(huán)境等領(lǐng)域的極大重視，前景廣闊，被公認(rèn)為21世紀(jì)的“未來材料”和“革命材料”。隨著低成本可化學(xué)修飾石墨烯的出現(xiàn)，可以更好地利用其特性制備出不同功能的石墨烯復(fù)合材料。
石墨烯和碳納米管作為主要的碳納米材料，二者可制成電熱膜使用。因其表現(xiàn)出低電壓、高效發(fā)熱的特性，現(xiàn)階段，諸多研究者開始研究納米碳系電熱材料，已研發(fā)出石墨烯電熱膜并應(yīng)用于加熱裝置及內(nèi)置式電采暖木質(zhì)地板中。
圖片來源：央視軍事
在本屆冬奧會上，人們正是利用了石墨烯獨特的熱性能。北京冬奧會運動場館的溫度最低可達(dá)零下30多攝氏度，禮服從外表上看著很薄，只是單件衣服的厚度，但是內(nèi)膽配備了全套的石墨烯新材料，會提供溫度的保障，幫助工作人員抵抗零下30多度的嚴(yán)寒。
石墨烯是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的材料，熱導(dǎo)率可達(dá) 5000J/（m·K·s），在通電的情況下，碳分子之間互相摩擦、碰撞而產(chǎn)生熱能。熱能又通過遠(yuǎn)紅外線以及平面方式均勻地輻射出來，可以很好地被人體接收。
碳纖維——冬奧會火炬、體育器材
碳纖維（Carbon Fiber）是一種以碳為主要成分的纖維材料。碳纖維中的碳分子數(shù)量高于90%，直徑范圍在 5～8μm 內(nèi)，僅為人的頭發(fā)絲的 1/3 左右，是一種高強度、高模量、質(zhì)量輕的高性能新材料，由于碳纖維高強、高模、輕質(zhì)的特點，以碳纖維為增強材料的樹脂基復(fù)合材料在航空航天、風(fēng)電新能源、體育休閑、軌道交通等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
圖片來源：北京冬奧組委
在北京冬奧會開幕式倒計時一周年的活動上，由特殊材料制成的北京冬奧會火炬便首次亮相！火炬通常是采用傳統(tǒng)金屬材質(zhì)制成，包括夏季奧運會火炬，但2022年的冬奧火炬的外殼卻采用了重量輕的耐高溫碳纖維材料及復(fù)合材料制作而成，火炬燃燒罐也以碳纖維材質(zhì)為主，具有“輕、固、美”的特點。
在器材方面，與以前不同，想當(dāng)年體育器材多是木質(zhì)、金屬制等，想要提高體育成績，只能依靠不斷的訓(xùn)練。而碳纖維復(fù)合材料的加入，使得運動器材的重量得到了大幅的下降，更輕更強更快的碳纖維運動裝備，幫助更多的運動員一次次打破了世界紀(jì)錄。
滑雪板就是運動員的翅膀，當(dāng)然要輕！圖片來源：新華社
冬奧賽場上比賽選手使用的滑雪板等器材對高強輕質(zhì)的碳材料青睞有加，眼看冬奧賽場蘊藏著碳材料的巨大商機，就連奧迪、寶馬這樣的汽車大廠也想分一杯羹，紛紛加入其中。奧迪曾參與了新型滑雪板的設(shè)計、開發(fā)和制作，從2008年冬開始，至2011年完成。而寶馬曾為美國雪橇隊傾力打造了碳纖維雪橇，以期幫助他們在索契冬奧會上取得好成績。
為了能讓“冰上F1”高速奔馳，雪車車身所用的材料要求質(zhì)量輕、強度高，而這樣的材料也正是航空航天領(lǐng)域大量應(yīng)用的，因此，制造雪車瞄準(zhǔn)了碳纖維復(fù)合材料這一最先在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展的新型材料，由太鋼鋼科公司生產(chǎn)的TG800碳纖維制作的雪車和雪車頭盔，將助力運動健兒取得更好成績。
圖片來源：中國航天科技集團一院703所
除了冬奧會，碳纖維在夏季奧運會體育項目以及休閑體育項目中應(yīng)用也極為廣泛，例如撐桿、高爾夫球棒、網(wǎng)球拍、自行車、弓箭、魚竿等。
合成纖維——速滑競賽服
短道速滑作為冬奧會上的正式項目，一直都備受矚目。速滑競賽服會在大腿的部位選擇一種比普通纖維彈性強數(shù)十倍的橡膠材料，可以最大程度減少體力消耗；在右胯部的位置，則是會采用一種合成纖維，可有效減少摩擦力；而為了較少空氣阻力，速滑競賽服的手腳處使用了蜂窩樣式的聚氨酯材料，這些材料的選擇都是為了最大限度提高運動員成績。
圖片來源：新華社
PC、ABS——滑雪頭盔
滑雪是一項極具觀賞性的滑雪運動，將速度與技巧有機結(jié)合，運動員要在高聳的雪山陡坡上完成快速滑降和回轉(zhuǎn)動作。
我國選手谷愛凌在比賽中，圖片來源：新華社
運動員滑雪時，頭部會發(fā)出大量的熱量，需要佩戴透氣保暖的頭盔�；╊^盔外殼材質(zhì)主要是PC（聚碳酸酯）和ABS（工程塑料的一種）兩種，內(nèi)殼一般為高密度發(fā)泡材料，能在頭部受到撞擊后起到最佳的緩沖作用。
會發(fā)電的玻璃——碲化鎘發(fā)電玻璃
玻璃如何實現(xiàn)發(fā)電？人民日報社旗下中國經(jīng)濟周刊官網(wǎng)2018年1月有過形象的報道：通過在絕緣的半導(dǎo)體玻璃上，均勻涂抹僅4微米厚、相當(dāng)于頭發(fā)絲的百分之一的碲化鎘光電薄膜，就能讓“玻璃”實現(xiàn)“變身”，成為可發(fā)電的建筑材料。
在2022年北京冬奧會項目建設(shè)中，中國工程院院士、中國建材集團（以下簡稱中建材）總工程師彭壽帶領(lǐng)團隊自主研發(fā)的碲化鎘（CdTe）發(fā)電玻璃，分別應(yīng)用于國家速滑館和張家口冬奧會場館BIPV建筑一體化項目，以及赤城奧運走廊項目中。
可降解餐具——聚乳酸
北京冬奧組委對冬奧會和冬殘奧會低碳管理工作高度重視，積極引進優(yōu)質(zhì)生物可降解材料制品，作為北京冬奧會低碳環(huán)保工作的有效手段。2020年11月9日，北京冬奧組委與豐原生物簽約，將其作為北京冬奧會和冬殘奧會官方生物可降解餐具供應(yīng)商。豐原生物為北京冬奧會提供生物可降解餐具和相關(guān)支持服務(wù)，包括一次性餐具和注塑類餐具，如一次性刀、叉、勺、餐盒，以及注塑類托盤、筷子、吸管等29種產(chǎn)品。
圖片來源：國際綠色塑料
這種生物可降解餐具采用生物可降解材料——聚乳酸作為原料生產(chǎn)。聚乳酸是可完全生物降解的生物基新材料代表，是目前性價比較高的生物可降解環(huán)保高分子材料，與傳統(tǒng)的石油基材料相比，每噸聚乳酸可減排約3噸二氧化碳。這是因為聚乳酸具有良好的生物可降解性，經(jīng)微生物完全降解最終生成二氧化碳和水。相比于普通塑料采用焚燒處理，造成大量溫室氣體排入空氣中，聚乳酸從原材料到聚合物生產(chǎn)過程的碳排放是通用塑料聚乙烯的1/3左右。
參考來源：
[1]李賀軍，張守陽.新型碳材料
[2]由山西鋼科生產(chǎn)的TG800碳纖維制作的雪車和雪車頭盔助力北京冬奧
會.Carbontech
[3]石墨烯助力冬奧，快速發(fā)熱超耐寒！.央視軍事
[4]一起來看賽場內(nèi)外的新材料.知領(lǐng)
[5]冬奧會場館的玻璃會發(fā)電！央企自研新建筑材料助力綠色奧運.每日經(jīng)濟新聞
[6] 冬奧開幕出圈，用到了這些新材料！可降解和可回收最受奧運會青睞！.國際綠色塑料
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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